污水管道清淤装置的设计与研究

王 薇

（晋能控股煤业集团马脊梁矿，山西 大同 037005）

引言

在污水管道漫长的使用中经常会发生淤积问题，污水管道中的泥沙或者固体状的污物沉积在污水管道中，阻碍污水管道排污。沉积了泥沙或者污物的污水管道中污水流速降低，污水中的杂质进一步堵塞污水管道，最终污水管道的无法排污造成污水蔓延的现象，同时在雨季也会造成内涝，对人民群众的财产和生命造成威胁[1]。企业中经常会发生污水管道淤积的现象，如果任由污水管道淤积而不进行排淤，会导致排污系统效率的降低甚至给企业员工的生活造成危害。

1 污水管道清淤工作中存在的问题

引发污水管道淤积问题的主要原因是排污管道的管径较小，污水管道因为历史遗留或者成本等原因仍然存在着大量的管径较小的排污管道。小管径的污水管道的清淤技术现阶段仍不成熟，阻碍了对污水管道的清理排污工作，对城市排污系统的正常工作产生了不利的影响。

小管径的污水管道清淤工作存在的主要问题有：

1）市政部门对小管径的排污管道清淤工作不重视，往往等发生淤积问题时才会进行清淤工作；

2）小管径的排污管数量多；

3）老旧企业的污水管道资料不清，构造复杂；

4）较小的管径使得人工清淤难以进行，同时大型清淤设备也无法运行；

5）管道内会产生有害及易燃易爆或者有毒的气体，例如CO、H2S、CH4、CO2、SO2等，有一定的危险性。为了能够更好地完成小管径排污管道的清淤工作，需要设计一款清淤装置对污水管道进行清淤工作。

2 清淤装置的设计方案

污水管道内环境未知，可能存在易燃易爆或者有毒的气体，在清理污水管道时如淤积物不回收清除到污水管道外，可能会再次堵塞污水管道，所以清淤设备要能够适应复杂的环境，为了避免发生爆炸的危险尽量不使用电气设备或者要对电气设备做好严密的保护；清淤设备的动力来源要稳定简单，尽量不要对污水管道造成二次污染；清淤设备的成本也要尽可能低，设备结构也要尽可能简单，满足大规模使用的条件[2]。所以在对清淤装置方案进行设计主要有选择何种动力、行进方式、是否回收淤积物以及采用何种控制系统这四个方面，清淤装置具有淤积物的回收、充足的动力进行清淤和排污、安全可靠、结构简单，方便操作，成本尽量低等特性。

2.1 动力系统方案（见表1）

经比较，清淤装置采用气压传动的方式为装置提供动力，清淤装置无需复杂的超控，对于小管径的污水管道进行清淤工作时也无需太大的动力，同时气动能够保证在清淤过程中的安全性。

表1 动力方案

2.2 行进方式

清淤装置的行进方式选择间歇式行进，间歇式行进方式是指用行进气缸前后一端固定另外一端前进的行进方式，清淤装置往复进行伸出和收缩动作，从而带动整个清淤机械装置向前推进的行进方式，如下页图1所示。间歇式行进方式行进简单，能适应污水管道内复杂的环境，能充分利用清淤装置本身的机械结构，结构简单，无需专门的传动装置。虽然采用间歇式行进方式的清淤装置行进速度缓慢，需要复杂的控制系统，但是清淤装置无需较快的行进速度，所以选择间歇式行进方式能够满足清淤装置的需求，清淤装置间歇式行进的方式更可靠、设备也更为简约。

图1 间歇式行进方式

2.3 淤积物回收方案

在清淤的过程中如果不将淤积物回收，其会随着水流污染到地下水，同时会增加污水处理厂的工作量，降低污水处理效果，所以在清淤时需要将淤积物抽出排水管道，对淤积物进行回收处理，在设计清淤装置时可以利用装置自身的动力将淤积物排出管道，以便精简设备。

2.4 控制系统

清淤装置采用气动控制方式的原因为：清淤装置的动力装置为气动，采用气动控制无需再安装其他动力的设备对清淤装置进行控制；气动控制系统能够在含有易燃易爆气体的污水管道内安全运行，不需像电动控制担心其产生电火花引发安全问题。清淤装置的运行动作简单，也无需太复杂的控制，采用气动控制系统可保证清淤装置平稳安全的运行，满足清淤装置的需求。

清淤装置的构造原则为结构简单、适用性强、安全节能，所以在设计清淤装置时采用气动传动的方式为装置提供动力，间歇式行进的方式还能将淤积物搜集排出污水管道，防止再次淤塞污水管，气动控制的方式与动力方式相同，安全的同时减少零部件。

3 清淤装置运行分析

清淤装置的工作示意图如图2所示，清淤装置在工作的同时将淤积物吸收进装置后顺着输泥管道回收到容器中进行处理。

清淤装置的气动装置需要的压强为[3]：

式中：pf为淤积物在污水管道中造成的阻力消耗的能量；pm为排污管内局部阻力消耗的能量，与pf有关；ph为回收淤积物需要的能量。

图2 清淤装置的工作示意图

淤积物在污水管道中造成的阻力消耗的能量为：

式中：ρm为淤积物的密度；λ为淤积物在污水管道中移动时阻力的系数；l为污水管道的长度；d为污水管道的管径；v为清淤装置在污水管道中移动的速度。

回收淤积物需要的能量为：

式中：ρm为淤积物的密度；g为重力加速度；h为排污管到地面的距离。

在污水管道清淤装置运行过程中能够通过公式确定在排污过程中需要的气动装置为满足工作所需的压力，避免了能量的浪费。

4 结论

小管径污水管道的清淤问题一直是企业管理工作的难点，小管径污水管道无法采用常用的人工方式进行清淤，所以为了解决污水管道的清淤问题设计了清淤装置对污水管道进行清理，通过设计清淤装置得到如下结果：

1）通过对清淤装置选择何种动力、行进方式、是否回收淤积物以及采用何种控制系统的分析研究，确定了清淤装置的主要构造与功能；

2）通过对清淤装置的运行状态分析，分析出清淤装置中气动传动与控制装置为了满足清淤的需要所需压强的计算公式，在实际清淤过程中通过计算得出最佳的压强，既能满足工作需要又能节省能源。